Formal methods for control synthesis in partially observed environments : application to autonomous robotic manipulation

Modern robots are increasingly expected to function in uncertain and dynamically challenging environments, often in proximity with humans. In addition, wide scale adoption of robots requires on-the-fly adaptability of software for diverse application. These requirements strongly suggest the need to adopt formal representations of high level goals and safety specifications, especially as temporal logic formulas. This approach allows for the use of formal verification techniques for controller synthesis that can give guarantees for safety and performance. Robots operating in unstructured environments also face limited sensing capability. Correctly inferring a robot's progress toward high level goal can be challenging.

This thesis develops new algorithms for synthesizing discrete controllers in partially known environments under specifications represented as linear temporal logic (LTL) formulas. It is inspired by recent developments in finite abstraction techniques for hybrid systems and motion planning problems. The robot and its environment is assumed to have a finite abstraction as a Partially Observable Markov Decision Process (POMDP), which is a powerful model class capable of representing a wide variety of problems. However, synthesizing controllers that satisfy LTL goals over POMDPs is a challenging problem which has received only limited attention.

This thesis proposes tractable, approximate algorithms for the control synthesis problem using Finite State Controllers (FSCs). The use of FSCs to control finite POMDPs allows for the closed system to be analyzed as finite global Markov chain. The thesis explicitly shows how transient and steady state behavior of the global Markov chains can be related to two different criteria with respect to satisfaction of LTL formulas. First, the maximization of the probability of LTL satisfaction is related to an optimization problem over a parametrization of the FSC. Analytic computation of gradients are derived which allows the use of first order optimization techniques.

The second criterion encourages rapid and frequent visits to a restricted set of states over infinite executions. It is formulated as a constrained optimization problem with a discounted long term reward objective by the novel utilization of a fundamental equation for Markov chains - the Poisson equation. A new constrained policy iteration technique is proposed to solve the resulting dynamic program, which also provides a way to escape local maxima.

The algorithms proposed in the thesis are applied to the task planning and execution challenges faced during the DARPA Autonomous Robotic Manipulation - Software challenge.

Valuation of wind energy projects: A real options approach

27 p.

Violence in the Medieval Church before the First Crusade

The attitude of the medieval church towards violence before the First Crusade in 1095 underwent a significant institutional evolution, from the peaceful tradition of the New Testament and the Roman persecution, through the prelate-led military campaigns of the Carolingian period and the Peace of God era. It would be superficially easy to characterize this transformation as the pragmatic and entirely secular response of a growing power to the changing world. However, such a simplification does not fully do justice to the underlying theology. While church leaders from the 5th Century to the 11th had vastly different motivations and circumstances under which to develop their responses to a variety of violent activities, the teachings of Augustine of Hippo provided a unifying theme. Augustine’s just war theology, in establishing which conflicts are acceptable in the eyes of God, focused on determining whether a proper causa belli or basis for war exists, and then whether a legitimate authority declares and leads the war. Augustine masterfully integrated aspects of the Old and New Testaments to create a lasting and compelling case for his definition of justified violence. Although at different times and places his theology has been used to support a variety of different attitudes, the profound influence of his work on the medieval church’s evolving position on violence is clear.

Effects of TI-299423 on Neuronal Nicotinic Acetylcholine Receptors

Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are pentameric, ligand-gated, cation channels found throughout the central and peripheral nervous system, whose endogenous ligand is acetylcholine, but which can also be acted upon by nicotine. The subunit compositions of nAChR determine their physiological and pharmacological properties, with different subunits expressed in different combinations or areas throughout the brain. The behavioral and physiological effects of nicotine are elicited by its agonistic and desensitizing actions selectively on neuronal nAChRs. The midbrain is of particular interest due to its population of nAChRs expressed on dopaminergic neurons, which are important for reward and reinforcement, and possibly contribute to nicotine dependence. The α6-subunit is found on dopaminergic neurons but very few other regions of the brain, making it an interesting drug target. We assayed a novel nicotinic agonist, called TI-299423 or TC299, for its possible selectivity for α6-containing nAChRs. Our goal was to isolate the role of α6-containing nAChRs in nicotine reward and reinforcement, and provide insight into the search for more effective smoking cessation compounds. This was done using a variety of in vitro and behavioral assays, aimed dually at understanding TI-299423’s exact mechanism of action and its downstream effects. Additionally, we looked at the effects of another compound, menthol, on nicotine reward. Understanding how reward is generated in the cholinergic system and how that is modulated by other compounds contributes to a better understand of our complex neural circuitry and provides insight for the future development of therapeutics.

Binding Studies of Neuronal Nicotinic Acetylcholine Receptors Expressing Unnatural Amino Acids

Nicotinic acetylcholine receptors are pentameric ligand-gated ion channels mediating fast synaptic transmission throughout the peripheral and central nervous systems. They have been implicated in various processes related to cognitive functions, learning and memory, arousal, reward, motor control and analgesia. Therefore, these receptors present alluring potential therapeutic targets for the treatment of pain, epilepsy, Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, Tourette’s syndrome, schizophrenia, anxiety, depression and nicotine addiction. The work detailed in this thesis focuses on binding studies of neuronal nicotinic receptors and aims to further our knowledge of subtype specific functional and structural information.

Chapter 1 is an introductory chapter describing the structure and function of nicotinic acetylcholine receptors as well as the methodologies used for the dissertation work described herein. There are several different subtypes of nicotinic acetylcholine receptors known to date and the subtle variations in their structure and function present a challenging area of study. The work presented in this thesis deals specifically with the α4β2 subtype of nicotinic acetylcholine receptor. This subtype assembles into 2 closely related stoichiometries, termed throughout this thesis as A3B2 and A2B3 after their respective subunit composition. Chapter 2 describes binding studies of select nicotinic agonists on A3B2 and A2B3 receptors determined by whole-cell recording. Three key binding interactions, a cation-π and two hydrogen bonds, were probed for four nicotinic agonists, acetylcholine, nicotine, smoking cessation drug varenicline (Chantix®) and the related natural product cytisine.

Results from the binding studies presented in Chapter 2 show that the major difference in binding of these four agonists to A3B2 and A2B3 receptors lies in one of the two hydrogen bond interactions where the agonist acts as the hydrogen bond acceptor and the backbone NH of a conserved leucine residue in the receptor acts as the hydrogen bond donor. Chapter 3 focuses on studying the effect of modulating the hydrogen bond acceptor ability of nicotine and epibatidine on A3B2 receptor function determined by whole-cell recording. Finally, Chapter 4 describes single-channel recording studies of varenicline binding to A2B3 and A3B2 receptors.

Three essays on economics and information shocks

A person living in an industrialized society has almost no choice but to receive information daily with negative implications for himself or others. His attention will often be drawn to the ups and downs of economic indicators or the alleged misdeeds of leaders and organizations. Reacting to new information is central to economics, but economics typically ignores the affective aspect of the response, for example, of stress or anger. These essays present the results of considering how the affective aspect of the response can influence economic outcomes.

The first chapter presents an experiment in which individuals were presented with information about various non-profit organizations and allowed to take actions that rewarded or punished those organizations. When social interaction was introduced into this environment an asymmetry between rewarding and punishing appeared. The net effects of punishment became greater and more variable, whereas the effects of reward were unchanged. The individuals were more strongly influenced by negative social information and used that information to target unpopular organizations. These behaviors contributed to an increase in inequality among the outcomes of the organizations.

The second and third chapters present empirical studies of reactions to negative information about local economic conditions. Economic factors are among the most prevalent stressors, and stress is known to have numerous negative effects on health. These chapters document localized, transient effects of the announcement of information about large-scale job losses. News of mass layoffs and shut downs of large military bases are found to decrease birth weights and gestational ages among babies born in the affected regions. The effect magnitudes are close to those estimated in similar studies of disasters.

Práticas religiosas Afro-Brasileiras, marco regulatório e uso do meio ambiente e do espaço urbano da cidade do Rio de Janeiro

A Constituição Federal brasileira relaciona dentre as garantias do cidadão o direito ao meio ambiente sadio e a liberdade religiosa e de liturgia. Também prevê como valor constitucional a ser defendido pelo Estado brasileiro as matrizes culturais africanas. A problemática da presente pesquisa é o conflito entre esses valores e garantias em um Estado democrático de direito, conflito este que indentificamos no caso selecionado para estudo: a proibição de oferendas das religiões afrobrasileiras no Parque Nacional da Tijuca, no Rio de Janeiro, pela administração da entidade gestora do Parque. A partir deste estudo de caso, propomos questionar: 1) como o conflito é construído numa perspectiva multidimensional (da geografia cultural, da teologia, da sociologia etc); 2) se e por que as religiões de matrizes africanas foram excluídas do arcabouço jurídico ambiental brasileiro; 3) se este arcabouço pode ser interpretado de modo a favorecer a prática de oferendas e 4) se há uma consciência e uma ética ambientais emergentes naquelas comunidades religiosas, facilitadoras do argumento defensivo da prática de oferendas em áreas verdes públicas. Assim, o objetivo da presente pesquisa é contribuir para a solução exitosa deste conflito, de modo que esta solução seja válida e exeqüível em qualquer área verde sob administração pública. Desse modo, advogamos a tese de que é possível ponderar as duas garantias constitucionais em conflito, de forma que as oferendas, ao invés de proibidas, sejam aceitas de modo disciplinado, não agressivo ou menos agressivo ao meio ambiente, pela negociação dos atores envolvidos. Através da metodologia qualitativa demonstraremos que há um conflito entre atores que dão distintos significados ao meio ambiente, a partir de racionalidades distintas, sendo a da administração ambiental fortemente ancorada na própria doutrina formatadora dos parques nacionais. Aditaremos que o conflito poderia ter sido evitado ou minorado se as comunidades religiosas urbanas afrobrasileiras tivessem sido reconhecidas como populações tradicionais pelo movimento socioambientalista, fortemente inspirador da legislação brasileira. Demonstraremos ainda que, apesar desta lacuna, a legislação que já está dada pode ser interpretada de modo a chancelar a prática das oferendas, e que a proibição seria um equívoco legal da administração ambiental, tendo em vista que o direito ambiental oferece um sistema principiológico favorável à prática das oferendas, tarefa facilitada por uma emergente ética ambiental naqueles grupos religiosos. Não obstante, uma proposta de inclusão de um artigo na Lei do Sistema Nacional de Unidades de Conservação será elaborada, para evitar que a solução do conflito dependa de interpretações. Por fim, recomendaremos que a interdição no Parque da Tijuca seja exemplarmente substituída por uma negociação entre as partes envolvidas, de modo a que sejam preservados todos os interesses constitucionais envolvidos, proporcionando o avanço da democracia brasileira.

Prevalência de transtornos mentais comuns : estresse no ambiente de trabalho e atividade física em militares

Esta tese inclui dois artigos que tiveram por objetivo investigar a relação de estresse no ambiente de trabalho com a prevalência de transtornos mentais comuns (TMC) e a relação de ambos com os níveis de prática de atividade física em militares do Exército Brasileiro. No primeiro artigo, a variável dependente foi TMC e a primeira variável independente foi o estresse no ambiente de trabalho, avaliado sob o modelo esforço-recompensa em desequilíbrio (effort-reward imbalance: ERI). TMC foram avaliados por meio do General Health Questionnaire (GHQ-12). Foram estimadas razões de prevalência (RP) por regressão de Poisson para imprimir robustez aos intervalos de confiança (95%). A prevalência de TMC foi de 33,2% (IC95%:29,1;37,3). O estudo mostrou, após ajuste por idade, educação, renda, estilo de vida, autopercepção de saúde, agravos à saúde autorreferidos e características ocupacionais, que estresse no ambiente de trabalho estava forte e independentemente associado a TMC, exibindo razões de prevalências (RP) que variaram entre os níveis de estresse, oscilando de 1,60 a 2,01. O posto de tenente estava associado a TMC, mesmo após ajuste pelas covariáveis (RP = 2,06; IC95% 1,2 4,1). Os resultados indicaram que excesso de comprometimento é um componente importante do estresse no trabalho. Estes achados foram consistentes com a literatura e contribuem com o conhecimento sobre o estado de saúde mental dos militares das Forças Armadas no Brasil, destacando que o estresse no ambiente de trabalho e que o desempenho das funções ocupacionais, do posto de Tenente, podem significar risco maior para TMC nesse tipo de população. O segundo artigo teve por objetivo investigar a associação de estresse no ambiente de trabalho e TMC com a prática de atividade física habitual entre militares das Forças Armadas. A atividade física (variável dependente) foi estimada por meio do Questionário de Baecke, um dos instrumentos mais utilizados em estudos epidemiológicos sobre atividade física. Estresse no ambiente de trabalho, TMC e posto foram as variáveis independentes, avaliadas conforme descrição mencionada acima. Buscou-se avaliar a associação destas variáveis e com a prática de atividade física no pessoal militar. Para tanto, utilizou-se o método de regressão linear múltipla, via modelos lineares generalizados. Após controlar por características socioeconomicas e demográficas, estresse no ambiente de trabalho, caracterizado por "altos esforços e baixa recompensas", permaneceu associado a mais atividade física ocupacional (b = 0,224 IC95% 0,098; 0,351) e a menos atividade física no lazer (b = -0,198; IC95% -0,384; -0,011). TMC permaneceram associados a menores níveis de atividade física nos esportes/exercícios no lazer (b = -0,184; IC95% -0,321; -0,046). Posto permaneceu associado a maiores níveis de atividade física ocupacional (b = 0,324 IC95% 0,167; 0,481). Até onde se sabe, este foi o primeiro estudo a avaliar a relação de aspectos psicossociais e ocupacionais envolvidos na prática de atividade física em militares no Brasil e no exterior. Os resultados sugerem que o ambiente de trabalho e a saúde mental estão associados à prática de atividade física de militares, que se relaciona com a condição de aptidão física.

Pitch Based Wind Turbine Intelligent Speed Setpoint Adjustment Algorithms

This work is aimed at optimizing the wind turbine rotor speed setpoint algorithm. Several intelligent adjustment strategies have been investigated in order to improve a reward function that takes into account the power captured from the wind and the turbine speed error. After different approaches including Reinforcement Learning, the best results were obtained using a Particle Swarm Optimization (PSO)-based wind turbine speed setpoint algorithm. A reward improvement of up to 10.67% has been achieved using PSO compared to a constant approach and 0.48% compared to a conventional approach. We conclude that the pitch angle is the most adequate input variable for the turbine speed setpoint algorithm compared to others such as rotor speed, or rotor angular acceleration.

Cartografia de Orfeu:analogia e assurreição nas Soledades de Luis de Góngora y Argote

O tema desta Dissertação de Mestrado é a análise dos conceitos de analogia e assurreição (objetos formais) na obra Soledades (objeto material) de Luis de Góngora, bem como suas implicações filosóficas e formais. Pretendi fazer uma análise do poema, tendo em vista perseguir a seguinte hipótese: a desmesura e a desproporção que as Soledades apresentam não são fruto de um mero capricho estilístico. Elas nascem de uma intervenção do furor poético, entendido como furor divino. Góngora teve acesso a essas concepções mediante o influxo de ideias herméticas e neoplatônicas na Península Ibérica. Tais influxos são responsáveis por uma amplificação especialmente aguda da doutrina da analogia. O desdobramento máximo dessa ênfase no princípio da analogia é propriamente a assurreição, tal como definida por Claude-Gilbert Dubois. A partir desses elementos, esta Dissertação de Mestrado pretendeu proceder a uma análise de alguns motivos, cenas e trechos do poema narrativo Soledades, de Luis de Góngora y Argote, mostrando como ele elabora a doutrina da analogia de proporcionalidade e em que momento essa analogia aguda produz a assurreição, ou seja, o corte transversal na hierarquia dos corpos institucionais, movimento este em geral entendido em termos teológicos e políticos como heresia. Por outro lado, há a importante relação entre hermetismo, neoplatonismo e literatura na Renascença, bem como a maneira pela qual a doutrina do furor poético se infiltrou nas artes e na poesia espanholas por via italiana nos séculos XVI e XVII. Concentrei-me no conceito de assurreição e na análise do deslocamento metafísico-teológico das analogias de proporcionalidade presentes nas Soledades, cotejando-as com a distribuição dos lugares naturais de cada elemento do cosmos, fixada sobretudo por Santo Tomás de Aquino, a maior autoridade da teologia católica na Península Ibérica do século XVII

A invenção do Padre: genealogia da subjetivação clerial em seminários católicos

A presente pesquisa investiga a produção de subjetividade em seminários católicos. Por meio de diversos teóricos, girando em torno do eixo conceitual da Análise Institucional (em sua vertente socioanalítica e, principalmente, esquizoanalítica), pesquisou-se um importante seminário católico diocesano na região Sudeste, um dos primeiros fundados no Brasil. Um seminário é a instituição de internato em que muitos homens vivem, estudam e trabalham, durante oito anos em média, para se tornarem padres. Nossa pesquisa de campo utilizou-se da observação participante, oriunda da antropologia e sociologia, em diversas visitas ao estabelecimento, durante as quais fomos autorizados a participar de todas as atividades dos 110 seminaristas internos. Em seguida, alguns seminaristas, de todas as etapas da formação, e todos os 5 padres formadores foram entrevistados. Recorremos a entrevistas abertas de história de vida, segundo os procedimentos da História Oral italiana. Guiados pela distinção da filosofia de Spinoza de três gêneros de conhecimento, buscamos dramatizar a formação clerical em três níveis de compreensão: os Signos ou afectos, as Noções ou conceitos, as Essências ou perceptos. Por meio dessa trajetória, constatamos o predomínio da dimensão do instituído e de uma modelização homogeneizadora de tipo romana, resultando em que os clérigos ali formados se fechem em uma identidade sacerdotal claramente identificável e encapsulada na obediência aos centros de poder eclesiais: a Cúria romana, a Mitra diocesana e a Paróquia. Busca-se, na formação, reproduzir a subjetividade serializada segundo um Modelo sacerdotal institucionalizado, no qual as dimensões litúrgica e disciplinar são ressaltadas, em detrimento das dimensões místico-políticas sendo a perseguição à Teologia da Libertação um importante analisador dessa característica. A constante vigilância da pureza doutrinal, litúrgica, organizacional e teológica indicou-nos a pressão em reprimir a dimensão místico-profética, que range, querendo se expressar. Em vista disso, bem como de inúmeros outros analisadores, conceitos e personagens produzidos ao longo da pesquisa, pudemos constatar que o desejo clerical, modulado na formação seminarística, oscila entre dois pólos: um pólo sacerdotal-romano-paranóico e um pólo profético-libertador-esquizo. No primeiro, há redução à identidade hegemônica nascida nos centros de poder eclesiais, fechando-se à diferença, na busca de um projeto de imortalidade frente às intempéries da vida e transformações da História, produzindo práticas hierárquicas a partir de um pensamento de caráter transcendente, representativo. No segundo pólo, há busca de singularização, nascida do seguimento a Jesus, o conseqüente compromisso com os menores e excluídos dentro e fora da Igreja e o processo inerente a esta produção de sentido, criando-se, em conseqüência, uma radical imanentização da vida cristã e de seus pólos e transcendências: material/espiritual, fé/vida, Igreja/Mundo, mística/política. O seminário pesquisado, indicador das transformações micropolíticas da Igreja contemporânea, produz hegemonicamente um desejo sacerdotal-romano-paranóico, forjando funcionários do poder da Igreja, burocratas do aparelho de Estado romano, aplicadores de suas rubricas litúrgicas e normas doutrinais e morais, e não profetas do Reino de Deus, máquinas de guerra libertadoras quanto a tudo o que oprime a potência da vida e suas inauditas expressões singulares.

Valuation of Wind Energy Projects: A Real Options Approach

We address the valuation of an operating wind farm and the finite-lived option to invest in it under different reward/support schemes: a constant feed-in tariff, a premium on top of the electricity market price (either a fixed premium or a variable subsidy such as a renewable obligation certificate or ROC), and a transitory subsidy, among others. Futures contracts on electricity with ever longer maturities enable market-based valuations to be undertaken. The model considers up to three sources of uncertainty: the electricity price, the level of wind generation, and the certificate (ROC) price where appropriate. When analytical solutions are lacking, we resort to a trinomial lattice combined with Monte Carlo simulation; we also use a two-dimensional binomial lattice when uncertainty in the ROC price is considered. Our data set refers to the UK. The numerical results show the impact of several factors involved in the decision to invest: the subsidy per MWh generated, the initial lump-sum subsidy, the maturity of the investment option, and electricity price volatility. Different combinations of variables can help bring forward investments in wind generation. One-off policies, e.g., a transitory initial subsidy, seem to have a stronger effect than a fixed premium per MWh produced.

Pilares negros: educação, fé e política na Diocese de Duque de Caxias (1988-2000)

A presente pesquisa tem como enfoque a ação educativa do movimento negro no Brasil constituído na base católica. Os marcos temporais e espaciais se localizam entre 1988 e 2000 na Diocese de Duque de Caxias e sua paróquia em São João de Meriti, ambas situadas na Baixada Fluminense, região metropolitana do Rio de Janeiro. A escolha do ano de 1988 se deve ao papel protagonista que os atores coletivos tiveram na Campanha da Fraternidade da CNBB (Confederação Nacional dos Bispos do Brasil) no ano de 1988, centenário da abolição da escravatura no Brasil. A principal fonte pesquisada o periódico diocesano Pilar, publicado em Duque de Caxias desde 1990 apontou que, ao longo da década em estudo, o movimento negro de base católica operou práticas formativas que buscavam alcançar a consciência da negritude no mundo leigo e eclesial. Os movimentos sociais unem a intencionalidade político-formativa ao projeto de transformação de realidades e, neste sentido, a construção do conhecimento atua para a emancipação dos atores. A luta anti-racista, que ainda afeta patrimônios sociais e culturais, empreendeu uma ação contra-hegemônica interior e exterior à Igreja Católica, aqui analisada à luz do jornal Pilar.

Religião e política: construção da memória de Dom Adriano Hypólito

O presente trabalho discute a interdependência entre religião e política no âmbito da ação pastoral da Diocese de Nova Iguaçu no bispado de Dom Adriano Hypólito, que foi nomeado em 1966 bispo diocesano. No discurso e práticas sociais realizados por Dom Adriano Hypólito observa-se a base dessa interdependência. Por isso, a pesquisa procura analisar os discursos proferidos pelo bispo em documentos como A Folha e o Boletim Diocesano para mensurar seu posicionamento em relação à fé e política. Através das entrevistas concedidas por padres e leigos engajados busca-se regatar a memória do Bispo de Nova Iguaçu, que em decorrência de sua postura e opção preferencial pelos pobres sofre perseguições e é torturado no âmbito da Ditadura Civil-Militar no Brasil. Para corroborar tais elementos, procura-se fazer uma análise antropológica do memorial, construído um ano após de seu falecimento. Salienta-se que os objetos que se encontram nesse memorial se materializam como lugar-memória, e que se traduzem numa linguagem político-religiosa. Dessa forma, procura-se localizar nesse espaço como a memória de Dom Adriano está sendo transmitida e de que forma seu trabalho pastoral é recuperado nessa construção. A pesquisa também procura recuperar os discursos do Bispo Dom Adriano e a contribuição dos mesmos para a formação do laicato que através da conscientização e formação nas bases da Igreja engajar-se-ão em movimentos sociais, em partidos políticos e em sindicatos.

Gustavo Gutierrez: a igreja católica da teologia da libertação (19631971)

A Teologia da Libertação resultou de um movimento da Igreja Católica Latino-Americana que, para além da ação transformadora que buscou proporcionar quando começou a ser praticada na perspectiva libertadora, foi síntese histórica do que a precedeu. Não seria possível falar desta teologia sem, minimamente, citar eventos que facilitaram a compreensão do que seria o homem praticando a evangelização, pois não só a escassez sacerdotal fez ascender o leigo dentro da instituição, como, inclusive, a secularização do Estado e o contínuo desenvolvimento das ciências humanas e de conceitos filosóficos que, ao serem criticados pela Igreja Católica Romana, definiram as interpretações hierárquicas e sacerdotais sobre o que seria, portanto, a Igreja do século XX. Estas características são melhores compreendidas quando o precedente sociopolítico de um dos seus principais idealizadores, Gustavo Gutierrez, é aproximado na perspectiva com que ele próprio descreve o que viria a ser a atuação religiosa na emancipação humana, ratificando sua proposta de superação prática da condição de oprimido e opressor, ou, como ele denomina, da práxis libertadora.